随着城市高层建筑和地下空间利用的快速发展,在城市建筑物密集地区开挖深基坑时,受可利用空间小、支护稳定性要求高等因素限制,对支护结构提出了很高要求。双排桩支护结构是一种空间组合类悬臂式支护结构,它由前、后两排桩组成,并在桩顶用刚度较大的连梁把前、后排连接起来,沿基坑长度方向形成双排支护的空间结构体系。悬臂式双排桩支护体系具有较大的侧向刚度,前、后排桩共同作用,分担开挖产生的侧向土压力,可以有效限制支护结构的变形,围护深度比一般围护结构深,同时具有缩短施工周期、节省地下空间等优点。

在赋存地下水和容易产生流砂与管涌的地层,双排桩支护中需要考虑止水问题,以减少对周边建筑物的影响,因此双排桩基坑支护结构联合深层搅拌桩以及高压旋喷注浆等地基处理手段确保工程的稳定性十分必要。本文结合营口某基坑工程案例,介绍了饱和粉砂层中悬臂式双排桩+内支撑的支护结构联合旋喷桩止水帷幕的支护体系在本地区的应用。根据实测数据分析了基坑深层土体位移的变化特征,探讨了旋喷止水帷幕的应用对深基坑支护效果的影响。

营口市某工程位于营口市政府南侧,北临渤海大街,东邻市府路,西邻体育管路,南邻体育场南街,占地面积135 936m²,场地长384m,宽354m。基坑分为大商业及销售物业(住宅)两大部分。场地自然地面标高相当于绝对标高3.300m,基坑安全等级为一级,侧壁重要性系数取1.1。

根据工程地质勘察报告得到,此基坑由上到下各地层情况如下:①杂填土以建筑垃圾为主,含黏性土、炉渣、混凝土碎块及植物根须,稍湿、松散,厚度约1.5m。②粉土夹粉质黏土灰褐色~黄褐色(局部为灰黑),粉土为湿、中密状态,粉质黏土呈饱和、流塑状态,属高压缩性土,厚度约2m。③粉质黏土与粉砂互层灰色,粉质黏土与粉砂呈薄层互层状分布,粉质黏土呈饱和、软塑状态,粉砂为均粒呈饱和松散状态,厚度约9m。④粉砂灰色,粉砂属石英长石质,均粒,呈饱和、稍密状态,厚度约2m。⑤淤泥质粉质黏土灰色,呈饱和、流塑状态,属高压缩性土,厚度约2.5m。⑥粉砂灰褐色~黄褐色,均粒,呈饱和、稍密状态,厚度约2m。⑦粉砂

黄褐色,均粒,呈饱和、密实状态,厚度约10m。如表1所示。

勘察过程中,所有钻孔均见地下水,地下水类型分别为上层滞水和微承压水,上层滞水主要赋存在②粉土夹粉质黏土、③粉质黏土与粉砂互层之中,微承压水主要赋存在④,⑥,⑦粉砂中,具有微承压水特性,水头高度6~7m。场地稳定水位埋深0.2~1.70m,平均埋深1.05m,稳定水位标高0.570~2.880m。平均混合地下水位标高2.030m,上层滞水渗透系数0.1~0.5m/d,粉砂孔隙微承压水渗透系数为1.5m/d(注水试验)。地下水主要补给来源为大气降水及区域径流补给,水位变幅0.5~1.0m。

基坑北侧临近银行,并且紧邻妇幼保健所,医院距离基坑红线约1.0m,距离基坑地下室外墙约10.0m,此段距离周边环境复杂,基坑开挖施工可能会对周围构筑物造成不良影响,为重点支护段。基坑东侧临近市府路,为主干道,车流量较大。基坑南侧临近体育场南街,宽约10.0m,距离基坑红线约5.0m,此道也为以后出土的行车道路。基坑西侧临近体育馆路,宽约15.0m,此道也为以后出土的行车道。由上述水文地质和工程地质条件与周边环境概况可知,此段基坑周边环境复杂,该区域大部分地层为饱和粉砂层,地下水位较高,必须对基坑水平位移和地下水进行严格控制,并在施工过程中实时监测,确保工程稳定性。

基坑支护方案的选择需要考虑工程地质条件、水文地质条件、周围环境、施工安全等条件,本文结合此基坑北侧的各种情况对多种支护方式进行了对比。

地下连续墙具有整体性好、刚度大、变形小、止水性能好等优点,既能承重又能止水,施工结束后还可作为地下室外墙使用;但地下连续墙施工技术复杂、周期长、造价高,且需要支撑或者锚索联合使用,不经济。

桩锚支护应用广泛,施工技术成熟,但本基坑北侧临近中国银行,并且紧邻妇幼保健所。妇幼保健所距离基坑红线约1.0m,地下情况复杂,锚索成孔施工影响周围建筑物的安全使用。

土钉墙支护具有造价低、施工简单等优点,但是放坡需要占用一定的场地,而且适用于深度小的基坑,加之本基坑北侧紧邻妇幼保健所,不适用。

经过分析讨论认为,在基坑北侧周围环境的条件下,考虑使用悬臂式支护形式,同时分析基坑深度和安全方面等的情况,考虑双排桩和内支撑联合使用。由于距离周围建筑物较近,因此将止水帷幕设置在双排桩之间。综合考虑各种影响因素,最终采用悬臂式双排桩和内支撑联合使用的方案。

基坑北侧特殊段涉及2个开挖深度,对两种开挖深度进行开挖工况下的内力分析,计算模型和内力包络图如图1所示,从图中可以看出(包络图中上排括号为前排桩数据,下排括号为后排桩数据),不同开挖深度下,两者位移、弯矩和剪力变化趋势是一样的。前排桩的最大弯矩值约是后排桩最大弯矩值的2倍。

综合以上分析,基坑北侧支护形式具体如下:开挖深度11.1m段和7.2m段均采用悬臂式双排桩+内支撑形式,如图2所示。

基坑深度为11.1m段设置2层内支撑,采用双排钻孔灌注桩,桩直径1 000mm,桩间距1 400mm,排距3 000mm,桩长26.5m,嵌固深度为15.4m,前排桩间设置高压旋喷桩加固桩间土,直径800mm,与支护桩搭接200mm,长度13.0m;7.2m段设置1层内支撑,桩直径1 000mm,桩间距1 400mm,排距3 000mm,桩长18.5m,嵌固深度为11.3m,前排桩间设置高压旋喷桩加固桩间土,直径800mm,与支护桩搭接200mm,长10.0m。盖梁采用整浇钢筋混凝土梁,规格4 200mm×1 000mm,采用高压旋喷对坑内被动土进行加固,范围宽6.0m,深度为坑底以上1.0m至坑底以下深度8.0m,随土方开挖逐层破除,如图2所示。

由于此段基坑施工空间狭小,因此在2排支护桩中间施工1道ф850@600三轴搅拌止水桩帷幕,桩长18.0m,相邻桩之间咬合250mm。止水帷幕设计如图3所示,三轴搅拌桩采用套接一孔法施工,施工间歇时间≤6h。三轴搅拌桩下钻时喷浆,下钻平均速度控制在1m/min,在穿越④,⑥,⑦粉砂层时,按照≤0.8m/min的速度搅拌至设计深度后,静止喷浆20s后开始复搅,按照≤1m/min的速度提升5m后下沉,到桩底后搅拌提升至桩顶,搅拌提升速度≤1.2m/min。

高压旋喷是一种以压缩空气喷射,浆液灌注搅拌混合喷射以达到加固地基土的方法。此地区粉砂层较厚,底下水丰富,因此采用高压旋喷对坑内被动土进行加固,范围宽6.0m,深度为坑底以上1.0m至坑底以下深度8.0m,随土方开挖逐层破除。

高压旋喷桩采用二重管高压旋喷,桩径>800mm。采用42.5级普通硅酸盐水泥,水泥掺量不小于土天然质量的25%。坑内桩前土(被动区)加固桩间距700mm,矩形布置。高压旋喷桩的参数控制如表2所示。

本工程基坑北侧周围环境比较复杂,由于紧邻建筑物,因此在基坑开挖之前在基坑外围土体中预埋测斜管,用来监测基坑在开挖过程中土体深层水平位移情况。基坑开挖结束后得到监测数据,图4为9月16日—11月12日的累计位移监测数据。

从6个时间点的位移监测曲线可以看出,基坑土体在起初侧向位移比较小,最大侧向位移为5.75mm。10月10日之后土体的位移得到控制,侧向位移速率几乎为0,最大侧向位移为19.51mm。从图4中可以看出,基坑深层土体位移一直在警戒值50mm之内,说明此支护方案在该工程中的应用是可行的。

1)双排桩和内支撑的联合应用不仅能够保证工程质量,还能节省场内空间和周围的地下空间,除此之外还减少了对周围环境的影响。证明此支护方式对空间狭小并且对周围环境控制要求高的基坑施工比较适用。

2)在基坑止水方案设计中,灵活设置三轴搅拌止水桩帷幕的位置,将三轴搅拌止水桩帷幕设置在双排桩之间,充分利用有限的空间提高支护效果,同时采用高压旋喷对坑内被动土进行加固,位移监测结果表明止水帷幕在此工程的饱和粉砂层基坑开挖过程中起到了良好的止水效果。

3)具有内支撑结构的双排桩和旋喷止水帷幕联合在该地区的应用尚属首例,并取得了良好的支护效果,对这种支护方式在周边地区的推广应用具有很好的借鉴意义。